(57)【要約】【課題】  本発明は、掘削機の油圧シリンダに関するものであって、ピストンがエンドボスに衝突されることを防止すると共に、ショックを緩衝させることができ、且つ、外力により油圧シリンダの設計強度を上回る高圧が生じないようにしたシリンダクッション装置を提供する。【解決手段】  作動油の収容空間を形成するチューブと、直線運動をなすロッドと、ロッド上に結合されてチューブの収容空間を区分するピストンと、エンドボス含む掘削機の油圧シリンダ内に設けられて、ピストンがエンドボスに衝突することを防止するシリンダクッション装置において、ロッド上でピストンと隣接しかつ設けられて、前記ロッドの直線運動時、ピストンがロッド側エンドボスに隣接する場合にロッド側室内に所定クッション圧力を発生させるクッションスリーブと、クッションスリーブ上に設けられて、ピストンがロッド側エンドボスに衝突することを防止すると同時に自体弾性を介してショックを緩衝させる弾性体を含むことを特徴とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動油の収容空間を形成するチューブと、前記チューブ内で作動油の流入及び流出によって直線運動をなすロッドと、前記ロッド上に結合されて前記チューブの収容空間をロッド側室とボトム側室とに分けるピストンと、前記チューブの両端に設けられ、且つ、前記ロッドの挿入及び作動油の排出を可能にする孔が形成されるエンドボスを含む掘削機の油圧シリンダ内に設けられて、前記ピストンが前記エンドボスに衝突することを防止するシリンダクッション装置において、
前記ロッド上でピストンに隣接しかつ設けられて、前記ロッドの直線運動時、前記ピストンがロッド側エンドボスに隣接する場合に前記ロッド側エンドボスの孔内へ所定隙間を持って挿入されることによって、ロッド側室内に所定クッション圧力を発生させるクッションスリーブ；及び
前記クッションスリーブ上に設けられて、前記ピストンがロッド側エンドボスに衝突することを防止すると同時に、自体弾性を介してショックを緩衝させる弾性体を含むことを特徴とする、シリンダクッション装置。
【請求項２】
前記クッションスリーブは、それ自体の長さ減少を介してロッド側室内の作動油が円滑に排出できるようにすることで、ロッド側室内のクッション圧力の極端な上昇を防止することを特徴とする、請求項１に記載のシリンダクッション装置。
【請求項３】
前記クッションスリーブは、それ自体の外径減少を介してロッド側室内の作動油が円滑に排出できるようにすることで、ロッド側室内のクッション圧力の極端な上昇を防止することを特徴とする、請求項１に記載のシリンダクッション装置。
【請求項４】
前記弾性体は、円形の横断面を有するゴム材のＯリングであることを特徴とする、請求項１ないし３のうち、何れかの一つに記載のシリンダクッション装置。
【請求項５】
前記弾性体は、多角形の横断面を有するゴム材のＯリングであることを特徴とする、請求項４に記載のシリンダクッション装置。
【請求項６】
前記弾性体は、両端の金属プレートが中央の弾性材に一体に形成された複合材質のリングであることを特徴とする、請求項１ないし４のうち、何れかの一つに記載のシリンダクッション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダクッション装置に関するものであって、さらに詳細には、エンジンを原動力とする油圧駆動装置により作動される掘削機の油圧シリンダ内に設けられ、ピストンがエンドボスに衝突することを防止するシリンダクッション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、掘削機１は、建設現場で地面を掘削したり、土砂などをすくう作業のために用いられる建設重装備の一種として、図１及び図２に示されたように、クローラ式やホイール式から構成される下部走行体１０と、回転装置２１により下部走行体１０上で旋回される上部旋回体２０と、上部旋回体２０上に設けられる作業機３０を含む。
【０００３】
ここで、上部旋回体２０には、エンジン２２、ポンプ２３、油圧タンク２４、制御弁２５、ラジエーター２６及びオイルクーラー２７などのような作業機３０を駆動するための油圧駆動装置及び運転室２８が搭載される。また、作業機３０は、アクチュエータ３１により作動されるブーム３２、アクチュエータ３３により作動されるアーム３４及びアクチュエータ３５により作動されるバケット３６からなる。
【０００４】
図２には、前述した掘削機１において、作業機３０のアクチュエータ３１、３３、３５の駆動原理が示されているが、これを以下で説明する。
先ず、エンジン２２によりポンプ２３が駆動されると、ポンプ２３により油圧タンク２４内の作動油が配管２９ａを介して吐出される。吐出された作動油は、制御弁２５に送られ、且つ、制御弁２５の制御により、当該作業に応じて作業機３０のアクチュエータ３１、３３、３５へ送られて、ブーム３２、アーム３４及び３６を適宜に作動させることになる。
【０００５】
ブーム３２、アーム３４及びバケット３６を作動させた後、作動油は制御弁２５から高温状態で排出されるため、オイルクーラー２７に送られて、冷却される。オイルクーラー２７で冷却されてから、排出される作動油は配管を経由して油圧タンクに帰還されることになる。
【０００６】
前述したアクチュエータ３１、３３、３５は、油圧シリンダ４０の形態から成されるが、図３には、かかる油圧シリンダ４０内に形成されるクッション装置の構成が示され、且つ、図４には、このシリンダクッション装置によるロッド側室Ａ及びボトム側室Ｂの圧力進行グラフが図示される。
【０００７】
図３に示されているように、アクチュエータ３１、３３、３５を形成する油圧シリンダ４０は、それぞれ作動油の収容空間を形成するチューブ４１と、作動油の流入／流出によってチューブ４１内で直線運動を行いながら、ブーム３２、アーム３４又はバケット３６を作動させるロッド４２と、ロッド４２上に結合されるピストン４３と、チューブ４１の端部に設けられるエンドボス４４を含む。ピストン４３にはシール４５が結合されるが、該シール４５はピストン４３を前後にロッド側室Ａとボトム側室Ｂ(ｂｏｔｔｏｍ−ｓｉｄｅ  ｃｈａｍｂｅｒ)を互いに離隔させると同時に、両室間における作動油の往来を遮断する役割を奏する。
【０００８】
ロッド側室Ａには、ピストン４３がエンドボス４４に衝突することを防止するための所定のクッション装置が設けられるが、このためにピストン４３の前方にはクッションスリーブ４６が装着され、且つ、エンドボス４４にはクッションスリーブ４６が所定隙間Ｃを有して挿入でき得るよう孔４７が備わる。
【０００９】
従って、アクチュエータ３１、３３、３５を駆動するために制御弁２５からボトム側室Ｂに作動由が流入されると、ボトム側室Ｂ内に形成されるボトム側圧力Ｐｂによりピストン４３がロッド側に移動される。クッションスリーブ４６がエンドボス４４の孔４７内へ挿入されると、ロッド側室Ａ内の作動油は隙間Ｃを介して排出口４８へ排出される少量を除いて、ロッド側室Ａ内に保持されることによって、ロッド側室Ａ内には比較的高い圧力が生じることになる。この圧力は、ピストン４３の移動に抵抗する一種のクッション圧力Ｐｃとして作動するため、ピストン４３がエンドボス４４の端面部に衝突することが防止できる。
【００１０】
実際、測定例において、クッションスリーブ４６が孔４７内へ挿入される際のロッド側室Ａ内の圧力は、約４３１kg／cm２に当該するが、油圧シリンダ４０のチューブ４１、エンドボス４４などの構成部品はこの圧力に耐えられるよう設計する。
【００１１】
しかし、例えば、アーム３４に対するアクチュエータ３３のピストン４３がエンドボスに近づき、かつ、ロッド側室Ａ内の圧力がピストン４３の移動に対するクッション圧力Ｐｃとして作用する瞬時に、バケット３６を‘ＯＵＴ’方向に操作(図１参照)すると、ロッド側室Ａ内に非常に高い圧力が生じことになる。
【００１２】
一般に、クッション圧力Ｐｃは、隙間Ｃにより決定されるが、正常状態の最大圧力は、ボトム側圧力Ｐｂをボトム側面積Ａｂとロッド側面積Ａｒとの比(Ａｂ/Ａｒ)に換算した値となる。
【００１３】
しかしながら、バケット３６を‘ＯＵＴ’方向に操作して、岩石を移動させようとすると、該反力がその反対方向(‘ＩＮ’方向)に発生することになる。この反力は、バケット３６の通常の‘ＩＮ’方向への掘削力の半分に相当するが、比較的大きい。この反力が、アーム３４のレバー比(Ｌ２/Ｌ１)により拡大されて、ロッド４２に加わり、ロッド側室Ａ内の圧力を促進することになる。従って、ロッド側室Ａ内の全体圧力は、クッション圧力Ｐｃと、ロッド４２からの力により生じるロッド圧力Ｐａとの合計となるが、実際、１０００kg／cm２ないし１５００kg／cm２に達する。これは、設計強度を遥かに上回るものであって、これにより、図４のように、チューブ４１及びエンドボス４４部分に膨張現象が生じ、且つ、シール４５が圧力に耐えられず、増加されたチューブ４１の内径とピストン４３との間から抜け出されることになり、結局、油圧シリンダ４０が破損される惧れがある。
【００１４】
かかる問題を解決するためには、隙間Ｃを大きくしてロッド側室Ａ内の圧力が上昇しないよう施される方案があるのはあるが、このように行うとピストン４３に対するクッション機能を失うことになるため、ピストン４３とエンドボス４４との金属同士が衝突することになり、ショックが生じるため、運転者に不愉快を与えるだけでなく、各種部品等の破損を招くという問題を抱えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従って、本発明の目的は、掘削機の油圧シリンダに関して、ピストンがエンドボスに衝突されることを防止すると共に、ショックを緩衝し得るようにしたシリンダクッション装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、掘削機の油圧シリンダに関して、ロッドを介して外力が加わっても、油圧シリンダの設計強度を上回る高圧が、ロッド側室又はボトム側室内に発生しないよう構成したシリンダクッション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述した本発明の目的は、作動油の収容空間を形成するチューブと、前記チューブ内で作動油の流入及び流出によって直線運動をなすロッドと、ロッド上に結合されてチューブの収容空間をロッド側室とボトム側室とに分けるピストンと、チューブの両端に設けられ、且つ、ロッドの挿入及び作動油の排出を可能にする孔を備えるエンドボスを含む掘削機の油圧シリンダ内に設けられて、ピストンがエンドボスに衝突することを防止するシリンダクッション装置において、ロッド上でピストンと隣接しかつ設けられて、ロッドの直線運動時、ピストンがロッド側エンドボスに隣接する場合にロッド側エンドボスの孔内へ所定隙間を有して挿入されることによって、ロッド側室内に所定クッション圧力を発生させるクッションスリーブと、クッションスリーブ上に設けられて、ピストンがロッド側エンドボスに衝突することを防止すると同時に、自体弾性を介してショックを緩衝させる弾性体を含むことを特徴とするシリンダクッション装置を提供することにより達成される。
【００１８】
本発明の好ましい特徴によると、前述したクッションスリーブは、 その自体の長さ減少を介してロッド側室内の作動油が円滑に排出できるようにすることで、ロッド側室内のクッション圧力の極端な上昇を防止する。
【００１９】
本発明のさらに好ましい特徴によると、前述したクッションスリーブは、その自体の外径減少を介してロッド側室内の作動油が円滑に排出できるようにすることで、ロッド側室内のクッション圧力の極端な上昇を防止する。
【００２０】
本発明のさらに好ましい特徴によると、前述した弾性体は、円形の横断面を有するゴム材のＯリングである。
【００２１】
本発明のさらに好ましい特徴によると、前述した弾性体は、多角形の横断面を有するゴム材のＯリングである。
【００２２】
本発明のさらに好ましい特徴によると、前述した弾性体は、両端の金属プレートが中央の弾性材に一体に形成された複合材質のリングである。
【発明の効果】
【００２３】
前述した本発明のシリンダクッション装置によると、ピストンとエンドボスとの間に介在される弾性体を介してピストンがエンドボスに衝突することを防止すると共に、ショックを緩衝させ得るという利点がある。
また、クッションスリーブの長さ減少を介して、クッションスリーブがエンドボスの孔内へ挿入される時間を遅延させ、内部の作動油がより大きい隙間を介して円滑に排出できるようにすることで、クッション圧力が極端に上昇されることを防止し、且つ、掘削機の作業による付加のロッド圧力にも関わらず、ロッド側室又はボトム側室内の全体圧力により油圧シリンダが破損されることを防止し得るという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下では、本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
本発明によるシリンダクッション装置は、図５ないし図１２に示されたように内部に作動油の収容空間を形成し、且つ、両側に作動油の流入口(未図示)及び排出口４８、４８´がそれぞれ形成されるチューブ４１と、チューブ４１内で作動油の流入及び流出によって直線運動を行いながらブーム３２、アーム３４又はバケット３６を作動させるロッド４２と、ロッド４２上に結合されるピストン４３と、チューブ４１の両端にそれぞれ設けられかつロッド４２の挿入及び作動油の排出を可能にする孔４７、４７´がそれぞれ形成されるロッド側及びボトム側エンドボス４４、４４´と、チューブ４１の収容空間をロッド側室Ａとボトム側室Ｂとに分けるシール４５を含む掘削機１の油圧シリンダ４０に設けられる。
【００２６】
本発明の一実施形態によるシリンダクッション装置は、図５ないし図７に示されるように、ロッド４２上でピストン４３に隣接しかつ設けられて、ロッド４２の直線運動時、ピストン４３がロッド側エンドボス４４に隣接する場合に、ロッド側エンドボス４４の孔４７内へ所定隙間を持って挿入されることによって、ロッド側室Ａ内に所定クッション圧力を発生させるクッションスリーブ４６と、クッションスリーブ４６上に設けられて、ピストン４３がロッド側エンドボス４４に衝突することを防止すると同時に、自体弾性を介してショックを緩衝させる弾性体４９を含む。
【００２７】
ここで、前述したクッションスリーブ４６は、従来クッションスリーブと同様に形成されることによって、ロッド側エンドボス４４の孔４７内へ挿入される場合にロッド側室Ａ内に適切なクッション圧力が形成できるよう構成され得るが、本発明では、図５ないし図７に示されるように、従来クッションスリーブより短い長さを有するか、叉は、図８に示されたように、従来クッションスリーブより小さい外径を有することが好ましい。
【００２８】
かかるクッションスリーブ４６の長さ減少は、クッションスリーブ４６がロッド側エンドボス４４の孔４７内へ挿入される時間を遅延させて、ロッド側室Ａ内の作動油がより大きい隙間Ｃを介して円滑に排出されることになる。かくして、ロッド側室Ａ内のクッション圧力が極端に上昇できないようにすることで、ピストン４３がロッド側エンドボス４４に隣接した状態で掘削機１の作業による付加のロッド圧力が加わる場合にも、ロッド側室Ａ内の全体圧力による油圧シリンダ４０の破損を防止するという役割を奏する。
【００２９】
また、クッションスリーブ４６の外径減少は、クッションスリーブ４６がロッド側エンドボス４４の孔４７内へ挿入される場合、クッションスリーブ４６と孔４７との間の隙間Ｃをさらに広げることになるため、ロッド側室Ａ内の作動油がより円滑に排出されることになる。かくして、ロッド側室Ａ内のクッション圧力が極端に上昇できないため、ピストン４３がロッド側エンドボス４４に隣接した状態で、掘削機１の作業による付加のロッド圧力が加わる場合にも、ロッド側室Ａ内の全体圧力による油圧シリンダ４０の破損が防止できるという役割を奏する。
【００３０】
前述したクッションスリーブ４６上には弾性体４９が設けられるが、該弾性体４９は、図７に示されたように、ピストン４３がロッド側エンドボス４４の隣接位置まで移動する場合、ピストン４３とロッド側エンドボス４４との間に介在されて、金属材のピストン４３が金属材のロッド側エンドボス４４に衝突することを防止すると共に、自体弾性を介してショックを緩衝させる効果を奏する。
【００３１】
前述した弾性体４９は、円形の横断面を有するゴム材のＯリングからなることが好ましいが、円形の横断面に限らず、例えば、多角形の横断面の如き他の任意の横断面を有するゴム材のＯリングからなることも可能である。弾性体４９の硬度は、その機能及び耐久性を考慮上、適宜に選択され得る。
【００３２】
本発明の他の実施形態によるシリンダクッション装置は、図９及び図１０に示されたように、ロッド側クッションスリーブ４６上にゴム材のＯリングからなる弾性体４９に代えて、両端の金属材プレート４９ａ´が中央の弾性体４９ｂ´に一体に形成された複合材のリングからなる弾性体４９´が設けられるほか、前述した本発明の一実施形態によるシリンダクッション装置の構成及び作用が同様であるため、詳しい説明は省略する。
【００３３】
かかる弾性体４９´は、図１０に示されるが、ピストン４３がロッド側エンドボス４４の隣接位置まで移動する場合、ピストン４３とエンドボス４４との間に介在されて、金属材のピストン４３が金属材のロッド側エンドボス４４に衝突することを防止すると共に、中央の弾性材４９ｂ´の自体弾性を介してショックを緩衝させる役割を奏する。
【００３４】
本発明によるシリンダクッション装置は、図１１及び図１２に示されるように、ロッド側室Ａのみならず、ボトム側室Ｂにも同じ構成から形成される。
【００３５】
言換えれば、本発明のさらに他の実施形態によるシリンダクッション装置１´は、ロッド４２上でピストンに隣接しかつ設けられて、ロッド４２の直線運動時、ピストン４３がボトム側エンドボス４４´に隣接する場合に、ボトム側エンドボス４４´の孔４７´内へ所定隙間Ｃ´を有して挿入されることによって、ボトム側室Ｂ内に所定クッション圧力を発生させるクッションスリーブ４６´と、クッションスリーブ４６´上に設けられて、ピストン４３がボトム側エンドボス４４´に衝突することを防止すると共に、自体弾性を介してショックを緩衝させる弾性体５０を含む。
【００３６】
ここで、クッションスリーブ４６´は、従来のクッションスリーブより短い長さを有するか、又は、より小さい外径を有するかによって、ボトム側室Ｂ内の作動油がより大きい隙間Ｃ´を介して円滑に排出されることになる。かくして、ボトム側室Ｂ内のクッション圧力が極端に上昇できないため、ピストン４３がボトム側エンドボス４４´に隣接した状態で、掘削機１の作業による付加のロッド圧力が加わる場合にも、ボトム側室Ｂ内の全体圧力による油圧シリンダ４０の破損を防止する役割をも奏する。
【００３７】
また、クッションスリーブ４６´上に設けられる弾性体５０は、円形の横断面を有するゴム材のＯリングからなることが好ましいが、円形の横断面に限らず、 例えば、多角形の横断面の如き他の任意の横断面を有するゴム材のＯリングからなることも可能である。また、両端の金属プレートが中央の弾性材に一体に形成された複合材のリングからなることも可能である。
【００３８】
前述した弾性体５０は、図１２に示されたように、ピストン４３がボトム側エンドボス４４´の隣接位置まで移動する場合、ピストン４３とボトム側エンドボス４４´との間に介在されて、金属材のピストン４３が金属材のロッド側エンドボス４４に衝突することを防止すると共に、自体弾性を介してショックを緩衝させる役割を果す。
【００３９】
前記実施形態等は、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施し得る程度で詳細に説明したものであって、これにより本発明の技術的思想及び範疇に限られるのではない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一般の掘削機の概略構成図である。
【図２】一般の掘削機において、作業機の駆動原理図である。
【図３】従来技術によるシリンダクッション装置の構成図である。
【図４】従来技術によるシリンダクッション装置が設けられた油圧シリンダにおいて、ロッド側圧力による油圧シリンダの破損を示す図面である。
【図５】ロッド側室内に設けられた本発明の一実施形態によるシリンダクッション装置の構成及び作動を示す図面である。
【図６】ロッド側室内に設けられた本発明の一実施形態によるシリンダクッション装置の構成及び作動を示す図面である。
【図７】ロッド側室内に設けられた本発明の一実施形態によるシリンダクッション装置の構成及び作動を示す図面である。
【図８】ロッド側室内に設けられた本発明の一実施形態によるシリンダクッション装置において、クッションスリーブの他の実施形態を示す図面である。
【図９】ロッド側室内に設けられた本発明の他の実施形態によるシリンダクッション装置の構成及び作動を示す図面である。
【図１０】ロッド側室内に設けられた本発明の他の実施形態によるシリンダクッション装置の構成及び作動を示す図面である。
【図１１】ボトム側室内に設けられた本発明のさらに他の実施形態によるシリンダクッション装置の構成及び作動を示す図面である。
【図１２】ボトム側室内に設けられた本発明のさらに他の実施形態によるシリンダクッション装置の構成及び作動を示す図面である。
【符号の説明】
【００４１】
１                    掘削機
３１、３３、３５      アクチュエータ
３２                  ブーム
３４                  アーム
３６                  バケット
４１                  チューブ
４２                  ロッド
４３                  ピストン
４４、４４´          エンドボス
４５                  シール
４６                  クッションスリーブ
４７、４７´          孔
４９、４９´、５０    弾性体
４９ａ´              金属プレート
４９ｂ´              弾性材
【図１】
2006189143.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006189143.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006189143.tif 000013
【図１２】
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